Institut für Klinische Pharmakologie und Toxikologie: Aufbringen von Laborproben auf Petrischale, Foto: Charité
Institut für Klinische Pharmakologie und Toxikologie: Aufbringen von Laborproben auf Petrischale, Foto: Charité/Weinrich

Arbeitsgruppe Stahlmann / Sonnenburg

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Arbeitsgruppenleitung

Prof. Dr. med. Ralf Stahlmann

Gastwissenschaftler, Leiter des Masterstudiengangs Toxikologie - WiSe 2008/2009 bis SoSe 2017

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Arbeitsgruppenmitglieder

Sekretariat

Aktuelle Studien

LCSA - Untersuchung von Fremdstoffen auf sensibilisierendes Potenzial in vitro

Der LCSA (loose-fit coculture based sensitization assay) ist ein In-vitro-Test zur Untersuchung von Fremdstoffen auf ihr sensibilisierendes und irritatives Potenzial. Der Test basiert auf auf einer Kokultur aus humanen Keratinozyten und Monozyten. Die Monozyten werden durch Behandlung mit einer Zytokinmischung in Zellen umgewandelt, die dendritischen Zellen (DC) sehr ähnlich sind. Ein wichtiger Endpunkt des Tests ist die Expression des Aktivierungsmarkers CD86 auf den dendritischen Zellen. Die Reproduzierbarkeit und praktische Anwendbarkeit des Systems konnte in den letzten Jahren durch Testung von zahlreichen Kontaktallergenen und Irritanzien gezeigt werden (siehe Publikationsliste).

Im Gegensatz zu ähnlichen In-vitro-Assays, die von anderen Arbeitsgruppen entwickelt wurden, hat dieser den Vorteil, dass die Keratinozyten durch ihre metabolische Kapazität das Erkennen von Prohaptenen möglich machen.

Ein Problem besteht darin, dass Chemikalien nur schwache Expressionsveränderungen von Reifungsmarkern auf DC in Kultur bewirken können. Für eine starke Aktivierung mit einer gut messbaren Hochregulation von Aktivierungsmarkern ist vermutlich auch eine Hemmung von Inhibitionsmarkern notwendig. Von Interesse sind auch Forschungsergebnisse über den Aryl-Hydrocarbon-Rezeptor (AhR). Der AhR wird von DC exprimiert und fungiert als Co-Inhibitor. Nach verschiedenen Weiterentwicklungen des ursprünglichen LCSA-Protokolls wird derzeit in der Arbeitsgruppe am Einfluss dieser Inhibitionsmarker auf die Aktivierung von dendritischen Zellen geforscht.

LLNA - Sensibilisierende und immunsuppressive Wirkungen von Fremdstoffen

Für die Untersuchung des sensibilisierenden Potenzials von Fremdstoffen wird zunehmend der sog. "LLNA" (= local lymph node assay) eingesetzt. In einer methodisch sehr einfachen Variante wird dieser Test heute in vielen Bereichen routinemäßig angewandt, um das sensibilisierende Potenzial von Fremdstoffen zu erkennen. Dabei wird der zu untersuchende Stoff an mehreren Tagen hintereinander auf die Ohren von Mäusen aufgetragen und die Zellproliferation in den aurikulären Lymphknoten wird anschließend durch Messung des 3H-Thymidin-Einbaus und / oder Gewichtsbestimmung und Zellzahlermittlung bestimmt.

Obwohl der Test für viele Chemikalien eine hinreichende Information über das sensibilisierende Potenzial der Substanz liefert, können einige spezielle Fragestellungen mit diesem einphasigen Versuchsprotokoll nicht untersucht werden. Trägt man dagegen die zu untersuchende Chemikalie in einem zweiphasigen Behandlungsprotokoll zunächst in relativ niedriger Konzentration auf die rasierte Rückenhaut des Tieres auf (Induktionsphase) und appliziert den Stoff erst bei in einer 2. Behandlungsphase auf die Rückseite der Ohren, wird der Test empfindlicher.

In unserer Arbeitsgruppe ist der zweiphasige Test für diverse Fragestellungen angewandt worden.

Zur Zeit werden die Arbeiten nicht fortgesetzt.

Wirkungen von 2,3,7,8-TCDD auf den Thymus und andere Komponenten des Immunsystems

Immuntoxikologie

Der Thymus ist ein wichtiges Zielorgan der Toxizität von 2,3,7,8-Tetrachlor-dibenzo-p-dioxin (TCDD) und verwandten Verbindungen (andere polyhalogenierte Dibenzo-p-dioxine und Furane sowie einige PCBs). Unklar sind bis heute jedoch zahlreiche Aspekte der immuntoxischen Wirkung dieser Fremdstoffe (z.B. die Fragen nach dem Wirkungsmechanismus bzw. den primären zellulären Veränderungen oder die Unterschiede zwischen verschiedenen Spezies). Andererseits gehören die immuntoxischen Wirkungen dieser Substanzen zu jenen Wirkungen, die bereits bei niedriger Exposition beobachtet werden können und auf die sich in zunehmendem Maße die Risikoabschätzung für den Menschen stützt.

In mehreren Projekten wurden die immuntoxischen Wirkungen der "Dioxine" in unserer Arbeitsgruppe zwischen 1990 und 2010 untersucht.

Derzeit werden die Arbeiten nicht fortgesetzt.

Chinolon-induzierte Schäden von Bindegewebsstrukturen (Arthropathien, Tendopathien)

Arzneimittel - und Reproduktionstoxikologie

I. Arthropathien

Die antibakteriell wirksamen Chinolone induzieren Gelenkschäden bei juvenilen Tieren in relativ niedriger Dosis; Chinolone sind deshalb kontraindiziert bei Kindern und Jugendlichen sowie bei schwangeren und stillenden Frauen.

Ein begrenzter Einsatz der Präparate in der Pädiatrie wird dennoch immer wieder gefordert und ist bei einigen wohl definierten Indikationen vertretbar (z.B. Behandlung von Infektionen durch P. aeruginosa bei Mukoviszidose-Patienten mit Ciprofloxacin).

Die bisherigen Beobachtungen beim Menschen geben keine eindeutige Antwort auf die Frage nach der Höhe des Risikos durch eine Chinolontherapie. Sicherlich bestehen Unterschiede zwischen den einzelnen Fluorchinolonen hinsichtlich des arthropathogenen Risikos bei therapeutischer Dosierung.

Die verschiedenen Chinolone unterscheiden sich vor allem durch ihr antibakterielles Spektrum; zu den wichtigsten Fluorchinolonen zählen derzeit:
Ciprofloxacin, Levofloxacin und Moxifloxacin

Wir konnten durch tierexperimentelle Studien zeigen, dass

  • durch die Gabe eines Magnesiummangelfutters bei juvenilen Ratten Schädigungen des Gelenkknorpels verursacht werden, die von Chinolon-verursachten Schäden nicht unterschieden werden können [Stahlmann et al., Antimicrob. Agents Chemother. 39: 2013-2018, 1995]
  • durch eine Magnesiumsubstitution die Schädigung des Knorpels durch Fluorchinolone bei der Ratte verhindert werden kann [Pfister et al. 2007]
  • die Behandlung eines Tieres mit subtoxischen Dosierungen eines Chinolons Schäden verursacht, wenn gleichzeitig ein geringgradiger Magnesiummangel vorliegt [Lozo et al., Antimicrob. Agents Chemother. 46: 1755-1759, 2002]
  • nach Gabe eines Fluorchinolons Konzentrationen im Knorpel erreicht werden, die höher sind als die entsprechenden Konzentrationen im Plasma zum gleichen Zeitpunkt [Schwabe et al., Drugs 58 (Suppl 2): 385-387, 1999; Kastner et al., Arch Toxicol 78: 61-67, 2004]


II. Tendopathien

In den vergangenen Jahren wurden die Mechanismen und Risikofaktoren der Chinolon-induzierten Tendopathien sowohl durch tierexperimentelle Studien als auch in in vitro untersucht.

Wahrscheinlich können alle bekannten Fluorchinolone zu Schäden der Achillessehne führen, jedoch handelt es sich um eine seltene Nebenwirkung. Unter dem Aspekt der Arzneimittelsicherheit ist es von besonderer Bedeutung, dass offenbar nach der Behandlung mit einem Chinolon ein Zeitraum von mehreren Monaten vergehen kann, bis es – eventuell durch Einwirkung zusätzlicher Faktoren – zu einer Tendinitis oder Ruptur kommen kann. Es ist unter diesen Bedingungen sehr schwierig, den Kausalzusammenhang zwischen Arzneimittelexposition und Nebenwirkung eindeutig zu belegen. Angesichts dieser Tatsache kommt der systematischen Bearbeitung des Effektes in Tiermodellen eine besondere Bedeutung zu.

Wir konnten durch elektronenmikroskopische Untersuchungen in Kooperation der Arbeitsgruppe
von Prof. Dr. M. Shakibaei (Inst. f. Anatomie, Ludwig-Maximilians-Universität München) zeigen, dass